מדוע סוללות כוח חוות בורח תרמי?

1. מצב נוכחי של סוללת החשמל בורח תרמי

על פי דיווחי התקשורת החדשות על תאונות בטיחות רכב אנרגיה חדשות, היו הרבה יותר דיווחי חדשות קשורים בשנים האחרונות מאשר בשנים קודמות. מצד אחד, מלאי השוק של רכבי אנרגיה חדשים גדל משמעותית, ואיתו, עלייה מקבילה בכישלונות ותאונות. מצד שני, לחברות קשורות יש יכולות טכניות חלשות, משיקות פרויקטים בעיוורון ועוסקים בהתנהגות ספקולטיבית כדי למהר מועדים ולקבל נתח שוק וסובסידיות. זה החמיר באופן אובייקטיבי את שכיחות תאונות הבטיחות.

לתאונות בטיחות רכב אנרגיה חדשות יש סיבות מובנות וייחודיות. מכיוון שהסוללות שמפעילות אותן הן פעילות מאוד, נשאיות אנרגיה גבוהות {}}}, הן יכולות לחוות בריחה תרמית בטמפרטורות נמוכות יחסית. הגורמים לברחה תרמית הם רבים ומורכבים, מה שמקשה עליהם למנוע. לפיכך, סוללות כוח הן לרוב הגורם העיקרי לתאונות בטיחות המסלמות לחומרה גבוהה יותר ולסיכון גבוה יותר, מה שמקשה עליהן למניעה, שליטה וכתובת.

2. מושגים של בריחה תרמית של סוללה ובעיות בטיחות תרמיות

2.1 קונספט של סוללה בורח תרמי

בורח תרמי סוללה מתייחס לתגובה אלימה בסוללה, המופעלת על ידי תנאים חיצוניים מסוימים (כמו ניקוב, התחממות יתר, קציר מעגל, טעינת יתר וכו '), המאופיינת בשחרור חום מהיר ומסיבי, שעשויים להיות מלווים בשינויים פיזיים או כימיים אחרים (כגון קצרים - פריקה במעגל, קרב ובסיבוץ). במערכת סוללות חשמל, כאשר תא בודד חווה בורח תרמי, התגובה האלימה מייצרת כמות גדולה של חום, מה שעלול להוביל לתגובות אלימות כמו בעירה או פיצוץ. הטמפרטורה הגבוהה או ההלם המכני שהתקבלו מפעילים לעתים קרובות בורח תרמי בתאים סמוכים. כתוצאה מכך, בורח תרמי בתא יחיד יכול להתפשט בקלות בכל מערכת הסוללות, ולגרום לשחרור מהיר של כמויות גדולות של אנרגיה, מהווה איום משמעותי.

2.2 בעיות בטיחות תרמיות סוללות

בעיות בטיחות תרמיות של סוללה, במידה מסוימת, מתייחסים לריחה תרמית. תאונות סוללות כוח בתנאים כמו נזק מכני, התעללות תרמית, התעללות חשמלית וסביבות יישום קיצוניות מתבטאות בסופו של דבר כבעיות בורחות תרמיות. בעיות אלה מאופיינות במנגנונים מורכבים ובגורמים רבים המשפיעים, המתבטאים בעיקר בהיבטים הבאים:

א. הבטיחות התרמית של תאי סוללת החשמל קשורה ישירות לסוג המערכת האלקטרוכימית, הרכב החומרים, צורה מבנית, צורת אריזה, קיבולת, מבנה, צורה, צורת גודל ותנאי תהליכים בתוך הסוללה;

ב. בהתחשב בתנאי ההפעלה לבריחה תרמית, התחממות יתר של סוללות, טעינת יתר, השפעה חיצונית, שחול, ניקוב וקצר סוללות יכולים כולם לעורר ריצה תרמית;

ג. מבחינת התרחבות הבריחה התרמית במערכת הסוללות, תנאי סביבה, שיטות הפעלת ריצה תרמית ומצב העמסה, שיטות חיבור לקבוצת הסוללות, שיטות ניהול תרמי סוללה ומיקום של מתהליך של סוללה של סוללה של סוללה במערכת הסוללה של הסוללה משפיעים ישירות על תהליך התפשטות הבריחה התרמית.

לפיכך, מנגנון הבריחה התרמי של סוללות מורכב, וגורמים מרובים תלויים זה בזה. המחקר על בריחה תרמית של סוללות כוח הוא שיטתי וקשה ביותר והפך לאחד הנושאים העיקריים והקשה במחקר של מערכות סוללות כוח. בשל מאפיינים אלה, ניהול הבטיחות התרמית בסוללה חשוב במיוחד, במיוחד לשיפור הבטיחות של כלי רכב חשמליים. תכנון מערכת ניהול בטיחות תרמית של סוללה מתמקד בדרך כלל במתן אזהרה מוקדמת לפני בריחה תרמית, עיכוב התרחבותה והתפשטותה ומזעור הפסדים לאחר ריצה תרמית. זה כרוך בפיתוח אסטרטגיות בקרת הגנת בטיחות ועיצוב גבוה - חומרי סוללה של כוח בטיחות, מבנים פנימיים, שיטות אריזת סוללות ומבני תיבות סוללות. זה מבטיח איתור בזמן של סיכונים בורחים תרמיים ומונע או מעכב את התפשטותם.

3. ליתיום - מנגנוני בריחה תרמיים של סוללת יון

בשל הביצועים המצוינים של ליתיום - סוללות יון, מספר הולך וגדל של רכבים חשמליים משתמשים בהן כמקור הכוח שלהם. לפיכך, מחקר על מנגנוני הבריחה התרמיים של ליתיום - יון סוללות הוא חיוני. הגורמים העיקריים הגורמים לריחה תרמית בליתיום כוח - יון כוללים מעגלים קצרים חיצוניים, טמפרטורות גבוהות חיצוניות ומעגלים קצרים פנימיים.

מעגלים קצרים חיצוניים:ההסתברות לאירוע מסוכן המתרחש במהלך פעולת הרכב בפועל נמוכה יחסית. ראשית, מערכת הרכב מצוידת בנתיכים, נתיכים ומערכת ניהול סוללות (BMS); שנית, הסוללה עצמה יכולה לעמוד במונח קצר -, גבוה - נחשולים זרם. במקרים קיצוניים נקודת הקצר עוקפת את נתיך הרכב. קיצור קצר חיצוני ממושך שורף בדרך כלל חיבורים חלשים במעגל ולעתים נדירות גורם לברחה תרמית. נכון לעכשיו, חברות מערכות סוללות חשמל רבות מיישמות נתיכים משולבים במעגל כדי להפחית בצורה יעילה יותר את הסכנות הנגרמות כתוצאה מעגלים קצרים חיצוניים.

טמפרטורה גבוהה חיצונית:בשל המאפיינים המבניים של ליתיום - סוללות יון, טמפרטורות גבוהות גורמות לתגובות פירוק בסרט SEI, אלקטרוליט ו- EC. מוצרי הפירוק האלקטרוליטיים מגיבים גם הם עם האלקטרודות החיוביות והשליליות, נמסים ופירקו את מפריד התאים. תגובות מרובות אלה מייצרות חום משמעותי. התכה מפרידה מובילה למעגלים קצרים פנימיים, ושחרור האנרגיה החשמלית מגדיל עוד יותר את ייצור החום. אפקט הרסני המצטבר, המחזק הדדי זה יכול להוביל לקרע בפיצוץ התא - קרום ההוכחה, פליטת האלקטרוליטים והבערה. ראוי לציין כי בהשוואה לסוללות ליתיום ברזל פוספט, חומר האלקטרודה החיובי של סוללות ליתיום טרנריות רגיש יותר לתגובות פירוק חמצן, וכתוצאה מכך הופעה מהירה יותר של בורח תרמי. לדוגמה, בתחמוצת ליתיום קובלט (LCO), עם הגעה לטמפרטורה מסוימת, האלקטרודה החיובית משחררת מייד חמצן. חמצן זה מגיב עם הממס לייצור כמויות גדולות של גז וחום, מה שמוביל לברחה תרמית מהירה ודליקות גבוהה. מבנה הזית של ליתיום ברזל פוספט מספק יציבות טמפרטורה- גבוהה. בתגובה הכימית המובילה לברחה תרמית, פירוק, לא חמצון, מתרחשת לפני שנפלט האלקטרוליט. התוצאה היא ייצור גז נמוך ואיטי, וכתוצאה מכך נפיחות ולא בעירה אלימה. זו הסיבה שבגללה ליתיום ברזל פוספט (LFP) בטוח יחסית. עם זאת, אין זה אומר שזה חסינה מפני בורח תרמי ובעירה, כפי שמעידים שריפות אוטובוס חשמליות אחרונות. הגורם העיקרי לבעירה LFP הוא בורח תרמי - קרע של הפיצוץ - קרום ההוכחה, מה שמוביל לפליטת האלקטרוליט. בסביבת הטמפרטורה הגבוהה הזו -, האלקטרוליט מגיע במהירות לנקודת ההצתה שלו, וגורם לבעירה, אשר בתורו מצית חומרים דליקים אחרים, כמו עטיפת התא. זה מעצים עוד יותר את פיזור החום ומעורר תגובת שרשרת של בריחה תרמית בתאים אחרים.

מעגלים קצרים פנימיים:שימוש לרעה בסוללה, כמו דנדריטים הנגרמים כתוצאה מטעינת יתר ומעל - פריקה, זיהומים ואבק במהלך ייצור הסוללות, ועיוות תרמי הנגרם על ידי סביבת ההפעלה, יכול להוביל לצמיחה הידרדרות, לנקב את המפריד ולגרום למיקרו- מעגלים קצרים. שחרור האנרגיה החשמלית גורם לעליית טמפרטורה, והתגובות הכימיות שהתקבלו בחומרים מרחיבות את נתיב הקצר, ומייצרות זרם מעגל קצר יותר {}}}. זה יוצר נזק מצטבר ומחזק הדדית, מה שמוביל לברחה תרמית. יש לציין כי מרבית שריפות הסוללה מופעלות בתחילה על ידי מעגלים קצרים פנימיים. החום והטמפרטורה שהתקבלו יוצרים "סביבת טמפרטורה גבוהה חיצונית" לתאים סמוכים, מה שמפעיל בורח תרמי בתאים אלה וגורם לתגובת שרשרת בכל מערכת הסוללה.

לפיכך, המנגנון מציע כי בורח תרמי נגרם באופן בסיסי כתוצאה מהצטברות חום, המחמירה על ידי הצטברות חום. אם ניתן לשפר ביעילות את פיזור החום ולנקוט אמצעים למניעת הצטברות זו, ובכך לשלוט על טמפרטורת הסוללה בטווח מסוים, ניתן להשיג סוללה בטוחה. זהו המרדף הבלתי פוסק אחר אנשי מקצוע בתעשיית הסוללות. התעשייה עשתה מאמצים בלתי פוסקים למטרה זו, ותוצאות ראשוניות הושגו, למשל באמצעות שימוש בעיצובים יעילים לניהול תרמי ומכשירי קצרים פנימיים. גישה קיימא נוספת היא לחדש בטכנולוגיית מודול או לארוז כדי להשיג "בטיחות מהותית" לתאי סוללה. "בטיחות מהותית" יש שתי משמעויות: ראשית, גבול האנרגיה של יחידת האנרגיה הקטנה ביותר הוא כזה שאפילו בעירה או פיצוץ לא יהיו מספיקים בכדי לגרום נזק, מה שהופך אותה לסיכון מקובל; שנית, לאחר הקבוצה, אם מתרחשים בעירה או פיצוץ ביחידת אנרגיה אחת, האנרגיה לא הייתה מפעילה תגובת שרשרת של בעירה או פיצוץ ביחידות אחרות, מה שהופך אותה לאירוע מבודד ומקובל.

אייסי אינטליגנטי מתמחה במתן אחד - הפסק פתרונות לחצי - אוטומטי/מלא - קווי הרכבה אוטומטיים של חבילות סוללות ליתיום המשמשות ב- ESS, מל"ט, E - אופניים, למשל, סוללה, למשל, מערך של סוללה, למשל, מערכונים של סוללה, למשל, מערכונים של There, מכונת מיון סוללות, מכונת הדבקה של נייר בידוד, בודק CCD, מכונת ריתוך ידנית/אוטומטית ספוטית, בודק BMS, מערכת בדיקת סוללה ומערכת בדיקת חבילות סוללות וכו '.